间充质干细胞在宠物临床疾病治疗中的应用

杜佳欣，李巴仑，赵献军，3，吴礼平，张选民，华进联*

（ 1.杨凌职业技术学院动物工程分院，陕西 杨凌 712100 ；2.西北农林科技大学动物医学院 陕西省干细胞工程技术中心，陕西 杨凌 712100 ；3.百欧派（天津）生物技术有限公司，天津 300000 ； 4.麟游县畜牧兽医技术推广站，陕西 宝鸡 721599 ）

随着宠物生活质量提高和寿命延长，宠物慢性病及代谢性疾病的患病率显著升高，主要包括宠物糖尿病、肾衰、皮肤病、骨科、眼科、肿瘤和免疫性的疾病等。目前，针对这些宠物“难治病”尚无靶向性强、治疗效果显著的特效药，许多患病宠物仅能够得到基础的保守型治疗以缓解疾病的症状，但最终会因多器官的衰竭而慢性死亡。

间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）是一类具有自我更新、多向分化潜能的细胞类群[1]，具有分化潜能多、来源途径多、旁分泌功能强大等特征，能够通过调节全身性功能的方式恢复机体的内环境稳态。MSCs的多分化潜能主要体现在其具有向肌肉细胞、成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞和其他细胞分化的能力[2]，多来源途径体现在MSCs可以从多种组织中分离获得。目前，大部分有关MSCs的研究聚焦于脐带血的MSCs、骨髓MSCs、脂肪间MSCs及牙髓MSCs等。此外，MSCs在治疗心肌梗死、自身免疫性疾病[3-4]、糖尿病[5]、肝损伤[6]及肾脏损伤[7]等方面也具有显著作用。MSCs可以通过旁分泌许多细胞因子促进机体的自我修复和疾病恢复。MSCs治疗机制涉及多种途径，包括抗炎[5,8]、抗氧化应激[8]、抗内质网应激[5]、激活免疫系统[9]及促进受损部位再生[5]等。

1 间充质干细胞对于治疗宠物疾病的应用

最初，MSCs主要作为骨科疾病的治疗措施，但目前已经迅速扩展到其他领域，包括糖尿病、肝脏疾病、肾脏疾病及眼科疾病等。

1.1 糖尿病

糖尿病（diabetes mellitus，DM）是一种因胰岛素分泌不足或作用缺陷所引起的，以糖脂代谢紊乱为主要特征的内分泌疾病，迄今为止尚无治愈的方法。DM可分为1型糖尿病（T1DM）、2型糖尿病（T2DM）以及由其他原因引起的特定类型的糖尿病。DM典型临床症状包括多尿、多饮、多食和体重减轻。目前，DM已成为伴侣动物中常见的疾病。伴侣动物患DM与许多潜在的病因有关，包括肥胖、免疫介导的炎症、药物、胰腺炎和其他并发疾病等[10]。在宠物DM临床治疗中，终身胰岛素治疗是目前患病宠物唯一的选择，但由于其需要终身注射，消耗了宠物主大量的时间及经济成本。有研究通过将干细胞诱导成为胰岛素分泌型细胞的方法，达到恢复动物胰岛功能、降低血糖水平的目的[11]。2010年，朱沙俊等[12]将MSCs移植至DM患犬肝脏，有效降低了DM患犬的血糖水平。2012年，王立梅等[13]将MSCs移植至DM患犬胰腺，减少了DM患犬胰岛素的用量并改善了血清中C-肽的水平[13]。2017年，董松等[14]将MSCs经动脉移植治疗T2DM患犬，结果显示，MSCs不仅能够有效改善患犬糖脂代谢紊乱的问题，同时恢复了胰岛β细胞的功能，减轻了胰岛素的抵抗效果和胰岛素的用量。杨立娜等[15]研究表明，MSCs移植数量超过1×106时可有效缓解犬的DM症状。2021年，Li等[5]将犬脂肪MSCs静脉移植治疗犬DM，结果显示，MSCs能够有效降低患犬血糖的水平，促进胰岛再生，恢复胰岛素的分泌水平及机体糖原的代谢。此外，该研究还将MSCs移植于正常犬体内，未发现犬出现任何不良反应[5]。综上所述，MSCs能够安全有效地治疗犬DM，相关研究人员已初步建立了利用MSCs治疗犬糖尿病的标准。

1.2 肝损伤

肝损伤是一种发病率及病死率均非常高的宠物临床常见病，通常伴随严重的并发症。目前，在人类临床医学中，治疗肝损伤最有效的方法是原位肝移植。但这种治疗方式由于成本高昂、供体难匹配、终身免疫抑制等原因，很难应用于宠物临床治疗。

近年来，已经有几项研究将MSCs应用于治疗犬的肝损伤疾病。Yan等[6]对犬肝脏静脉注射同种异体MSCs治疗犬肝损伤疾病，结果显示，同种异体MSCs能够使损伤的肝脏组织结构得到恢复，肝脏相关指标有所改善，表明MSCs可用于治疗宠物的肝脏疾病。同时，MSCs也可应用于治疗犬肝硬化的疾病。有研究表明，静脉注射MSCs显著降低了肝纤维化程度，改善了肝功能[16]。Gardin等[17]将MSCs静脉移植于肝损伤犬的肝脏中，结果显示，所有患犬的肝功能指标均得到显著改善。Nishimura等[18]研究表明，肝内注射MSCs较静脉移植具有更持久的疗效，可能与MSCs静脉移植的“肺部首过效应”有关。此外，MSCs还被用于治疗患有肝皮综合征（hepatocutaneous syndrome）的犬病例，结果显示，MSCs具有良好的治疗效果[19]。

1.3 肾损伤

由于饮食结构、饲养习惯等因素，犬、猫急慢性肾损伤的发病率持续升高，严重者会出现肾衰的情况。目前，肾移植是唯一可以恢复肾功能的疗法[20]，MSCs移植成为宠物肾脏疾病治疗的新选择。He等[7]研究表明，MSCs移植恢复了急性肾损伤犬的肾功能，并促进了肾脏受损部位的恢复。Vidane等[21]研究表明，MSCs改善了慢性肾损伤的肾脏功能，并缓解了患猫的症状表现。

1.4 皮肤病

由于各种因素导致的宠物皮肤及皮肤损伤是临床多发的宠物常见病。MSCs因具有抗炎及再生的功能，可为皮肤损伤病例提供一种可行的治疗措施。多项研究表明，MSCs对治疗山羊[22]、绵羊[23]、马[24]及犬[25]等多种动物的伤口具有较好的效果。此外，将MSCs衍生的外泌体用于治疗犬皮肤损伤，可促进犬皮肤愈合的速度[26]。除了能够促进伤口愈合外，MSCs还可应用于治疗犬的特异性皮炎。研究表明，经MSCs治疗，患犬临床症状显著减轻，且疗效能够维持6个月[27]。

1.5 骨关节疾病

MSCs针对骨关节疾病的恢复能够发挥良好的治疗作用。一项对203只患严重骨关节炎犬的治疗试验结果显示，应用MSCs疗法促进了90%患病幼犬及60%患病老年犬的恢复[28]。在一项持续4年的回访研究中，使用MSCs治疗犬的关节炎预后效果良好[29]。Zhang等[30]研究表明，MSCs促进了软骨神经再生和骨关节损伤的修复，改善了周围组织的愈合情况，并减弱了炎症反应。此外，大量研究表明，将生物工程材料与MSCs结合能够有效改善犬的骨关节疾病症状[31-33]。

1.6 眼科疾病

在犬角膜炎及眼干燥症的相关研究中，MSCs已经被证实为一种有效的治疗方法。Villatoro等[34]研究表明，MSCs移植显著促进了犬角膜炎临床症状恢复。Villatoro等[35]研究表明，MSCs同样能够缓解猫患角膜炎病的临床症状。

2 间充质干细胞疗法的治疗机制

最初研究人员认为，MSCs能够定向分化和取代受损部位细胞；而近年来有大量研究表明，MSCs主要通过旁分泌、细胞外囊泡传递分子方式实现免疫调节功能，从而达到治疗效果。

2.1 旁分泌作用

大量研究表明，MSCs治疗机制主要依赖旁分泌，通过旁分泌释放的细胞因子在体内激活免疫细胞的功能，包括单核巨噬细胞[36]、树突状细胞[37]、T细胞[38]、B细胞[39]和自然杀伤细胞[40]。通过旁分泌释放的细胞因子中，转化生长因子β（transforming growth factor-beta，TGF-β）、吲哚胺-2、3-双加氧酶（indolamine-2,3-dioxygenase，IDO）、白细胞介素-10（interleukin 10，IL-10）等促进了MSCs的免疫调节。TGF-β提高了MSCs的迁移和归巢能力，并促进了MSCs的增殖和分化[5,41-42]。此外，TGF-β在体内诱导巨噬细胞[43-45]从“促炎”转换到“抗炎”状态，从而调节机体免疫系统[46]。MSCs在炎症环境下分泌大量的吲哚胺2,3-双加氧酶（IDO）[39]，IDO催化导致了T细胞和B细胞的周期停滞[47]，诱导调节性T细胞的生成[48]，并促进巨噬细胞抗炎性极化[49]。而IL-10是一种抗炎细胞因子，能够在体内抑制T细胞扩张并促进调节性T细胞的生成[50]。

2.2 细胞外囊泡

MSCs具有通过细胞外囊泡（extracellular vesicles，ECV）传递各种分子的功能。ECV是一种膜限制性囊泡，含有各种蛋白质、脂质和核酸[51]。ECV的囊泡结构促使ECV能够在体内进行长距离传递[52-53]。ECV包含外泌体（30~150 nm内吞来源囊泡）、微囊泡（100~1 000 nm非内吞来源囊泡）及凋亡小体（50 nm~5 μm的大囊泡）[54]。Hyvärinen等[55]研究表明，ECV以与MSCs相同的方式，通过前列腺素E2（PGE2）激活M2型巨噬细胞。ECV还可以通过TGF-β信号传导抑制T细胞[56]。在猪、小鼠和大鼠等动物疾病模型中，MSCs衍生的ECV有益于治疗糖尿病[57]、肾病[58]、肝病[59]及骨关节炎[60]等。此外，ECV可促进犬血管的形成、胶原蛋白的合成和皮肤伤口的愈合[26]。

3 间充质干细胞治疗的安全性评价

由于MSCs具有体外扩增及自我更新能力，相关研究开始质疑并关注MSCs的致瘤性和安全性等问题。截至2018年，以MSCs作为DM的治疗手段已有40多项临床试验注册[61]。Hu等[62]通过对T1DM患者使用MSCs的治疗方式研究了MSCs疗法的安全性及可行性。通过对患者输注MSCs（每月1次，平均输注细胞数为2.6×107），结果显示，在输注的9~24个月之间，患者餐后血糖水平降低，并且MSCs组的胰岛素使用量及C肽水平得到改善。Jiang等[63]通过对10例持续时间大于3年、胰岛素依赖[≥0.7 U/（kg·d）]至少1年，且血糖控制不良的T2DM患者输注MSCs治疗6个月，结果显示，患者胰岛素水平及糖化血红蛋白（HbA1c）测定均得到改善；此外，经MSC治疗后患者的C肽水平得到改善。Carlsson等[64]研究表明，接受MSCs治疗的DM患者耐受情况良好，且在之后一年的观察中未被诊断出肿瘤或慢性疾病感染，所有患者均未出现高血糖酮症酸中毒或辅助性低血糖等症状。Liu等[65]研究发现，MSCs移植中出现部分患者轻、中度发热的情况，但在移植1 d后恢复到正常水平；在治疗1个月后患者C肽及β细胞功能暂时减弱，这可能与MSCs的注射方式有关。Li等[5]研究发现，MSCs移植60 d，患犬体内未检测到残留的MSCs，且MSCs移植对患犬的生理指标无影响，表明宠物MSCs治疗方法安全可行。

4 结论

MSCs作为一种新的治疗手段，能够为人类和宠物疾病治疗提供多途径的治疗方案。MSCs的作用机制包括抗炎、抗内质网应激、激活免疫系统和促进受损器官再生等。MSCs疗法的面世可能解决目前人类和宠物医疗行业的一些关键问题，但仍需更投入更多研究，包括确定MSCs的培养方案、探索MSCs的治疗机制、改进MSCs剂型、优化MSCs治疗方案及建立MSCs产品的技术标准和质量评价体系等。